2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣動(dòng)力學(xué)輻射傳輸特征與對(duì)流研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.大氣靜力穩(wěn)定度判據(jù)通常通過大氣的______來(lái)判定，當(dāng)干絕熱遞度小于環(huán)境垂直遞度時(shí)，大氣處于______狀態(tài)。2.輻射傳輸過程中，朗伯-比爾定律描述了光通量密度隨______的指數(shù)衰減關(guān)系。影響大氣輻射傳輸?shù)闹饕獨(dú)怏w成分包括______和水汽。3.對(duì)流發(fā)展的必要條件包括大氣層結(jié)處于______以及存在足夠的______。4.地轉(zhuǎn)風(fēng)假設(shè)地表為______，且大氣處于平衡狀態(tài)，其風(fēng)速主要受______和緯度的影響。5.大氣邊界層的高度通常隨______的增強(qiáng)而增大，其近地面層的風(fēng)速廓線通常用______函數(shù)描述。二、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題號(hào)后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種不穩(wěn)定條件下，氣塊一經(jīng)抬升，無(wú)需外部能量補(bǔ)充即可持續(xù)上升？()A.絕對(duì)不穩(wěn)定B.條件不穩(wěn)定C.中性穩(wěn)定D.相對(duì)濕度決定2.在大氣輻射傳輸中，瑞利散射主要發(fā)生在波長(zhǎng)較短的藍(lán)紫光波段，其主要原因是大氣中的粒子尺度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)。()A.對(duì)，這是瑞利散射的特點(diǎn)B.錯(cuò)，瑞利散射與粒子尺度無(wú)關(guān)C.對(duì)，但瑞利散射主要發(fā)生在可見光波段D.錯(cuò)，瑞利散射主要影響紅外輻射3.下列天氣現(xiàn)象中，最常與大氣中的條件性不穩(wěn)定相聯(lián)系的是？()A.溫帶氣旋B.冷鋒過境C.積云砧發(fā)展D.平流霧形成4.在氣象學(xué)中，用于描述大氣垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱和方向的參數(shù)是？()A.畢奧薩夫數(shù)B.浮力通量C.垂直速度D.地轉(zhuǎn)參數(shù)5.下列哪項(xiàng)不是影響太陽(yáng)直接輻射到達(dá)地表多少的主要因素？()A.太陽(yáng)高度角B.大氣透明度C.地球軌道偏心率D.地表反照率6.大氣輻射中，波長(zhǎng)小于2897μm的輻射幾乎完全被哪個(gè)主要?dú)怏w吸收？()A.氧氣B.氮?dú)釩.二氧化碳D.水汽7.強(qiáng)對(duì)流天氣（如雷暴）產(chǎn)生的強(qiáng)風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性天氣，其主要能量來(lái)源是？()A.大氣中的潛熱釋放B.太陽(yáng)輻射加熱C.地面摩擦力D.感熱交換8.根據(jù)風(fēng)場(chǎng)特征，將大氣環(huán)流劃分為行星波和羅斯貝波的尺度依據(jù)是？()A.風(fēng)速大小B.波動(dòng)周期C.波動(dòng)波長(zhǎng)和水平尺度D.地轉(zhuǎn)偏向力大小9.大氣邊界層內(nèi)，由于摩擦力的影響，近地面風(fēng)速通常較高空風(fēng)速？()A.更大B.更小C.相同D.時(shí)大時(shí)小10.衛(wèi)星反演地表溫度時(shí)，常利用地面的長(zhǎng)波輻射測(cè)量值，這主要利用了哪個(gè)輻射定律？()A.斯蒂芬-玻爾茲曼定律B.普朗克定律C.朗伯-比爾定律D.維恩位移定律三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述大氣絕對(duì)不穩(wěn)定和條件不穩(wěn)定的區(qū)別，并各舉一個(gè)常見的產(chǎn)生條件。2.解釋大氣輻射中“直接輻射”和“散射輻射”的概念，并說明大氣氣溶膠對(duì)這兩者的主要影響。3.簡(jiǎn)述地面摩擦力對(duì)近地面風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響。4.描述一次典型雷暴的生命循環(huán)階段及其主要特征。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知某地大氣溫度垂直分布為：高度Z=0km處氣溫T=20℃；Z=2km處氣溫T=-20℃。假設(shè)大氣為干絕熱層結(jié)，其干絕熱遞度γ_d=9.8K/km。試計(jì)算Z=2km處的大氣靜力穩(wěn)定度參數(shù)（Brunt-V?is?l?頻率的平方N2），并判斷該層結(jié)是穩(wěn)定、不穩(wěn)定還是中性。2.假設(shè)太陽(yáng)垂直入射到大氣層頂?shù)亩滩ㄝ椛渫繛?361W/m2。已知某晴天條件下，地表接收到的直接輻射通量為800W/m2，散射輻射通量為100W/m2。計(jì)算該地表的總輻射通量（到達(dá)地面的總太陽(yáng)輻射）和反照率。五、論述題（15分）結(jié)合大氣動(dòng)力學(xué)和輻射傳輸?shù)幕驹?，論述地面加熱不均是產(chǎn)生和發(fā)展對(duì)流活動(dòng)的重要驅(qū)動(dòng)力，并說明輻射過程在對(duì)流系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換和結(jié)構(gòu)演變中扮演的角色。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.熱力圖；絕對(duì)不穩(wěn)定2.距離；水汽3.條件不穩(wěn)定；不穩(wěn)定能量（或位能）4.平坦；地轉(zhuǎn)參數(shù)（或緯度）5.摩擦；指數(shù)（或冪指數(shù)）二、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題號(hào)后的括號(hào)內(nèi)）1.A2.A3.C4.C5.D6.C7.A8.C9.B10.A三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.解析思路：區(qū)分兩種不穩(wěn)定的本質(zhì)差異在于氣塊抬升后是繼續(xù)上升還是下沉。絕對(duì)不穩(wěn)定是指無(wú)論氣塊是否有額外的抬升力，一旦離開原位就會(huì)因自身浮力而加速上升。條件不穩(wěn)定是指氣塊在未達(dá)到其飽和溫度高度前是穩(wěn)定的，但一旦達(dá)到飽和并繼續(xù)抬升，則會(huì)變得不穩(wěn)定。產(chǎn)生條件：絕對(duì)不穩(wěn)定常由地面強(qiáng)烈加熱導(dǎo)致低層逆溫破壞引起；條件不穩(wěn)定則由高空存在逆溫層（如鋒面附近、急流附近）造成。答：絕對(duì)不穩(wěn)定指氣塊一經(jīng)抬升，其絕熱溫度遞減率大于環(huán)境溫度遞減率，浮力始終為正，會(huì)持續(xù)加速上升。常見產(chǎn)生條件如地面強(qiáng)烈加熱破壞低層逆溫。條件不穩(wěn)定指氣塊在未達(dá)到其飽和溫度高度前是穩(wěn)定的（干絕熱遞度大于環(huán)境遞度），但達(dá)到飽和后（濕絕熱遞度小于環(huán)境遞度）則變?yōu)椴环€(wěn)定，會(huì)持續(xù)上升。常見產(chǎn)生條件如高空存在逆溫層（鋒面、急流）。兩者區(qū)別在于氣塊抬升后是否總具有正浮力。2.解析思路：直接輻射是指沿直線從太陽(yáng)到達(dá)地表的輻射；散射輻射是指被大氣中的粒子（氣體分子、氣溶膠）散射到各個(gè)方向的輻射。氣溶膠主要影響輻射傳輸路徑，增加散射，降低直接輻射強(qiáng)度，并增加散射輻射分量。答：直接輻射指未經(jīng)大氣散射而沿直線到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射。散射輻射指被大氣中的粒子散射到各方向的太陽(yáng)輻射。大氣氣溶膠是主要的散射體，其存在會(huì)削弱到達(dá)地表的直接輻射，同時(shí)向四面八方散射出部分太陽(yáng)輻射，使得天空背景亮度增加，陰影變暗。3.解析思路：摩擦力主要作用在低層大氣，方向與風(fēng)速相反。它削弱了近地面風(fēng)速，使得風(fēng)速隨高度增加而增大，并改變了風(fēng)的方向，使其更偏向于地轉(zhuǎn)風(fēng)。摩擦效應(yīng)在近地面最強(qiáng)，向上逐漸減弱。答：地面摩擦力阻礙近地面氣塊的運(yùn)動(dòng)，使其風(fēng)速減小。因此，近地面風(fēng)速通常小于高空風(fēng)速。摩擦力還使得風(fēng)向在低空更偏向于地轉(zhuǎn)風(fēng)，并導(dǎo)致風(fēng)速隨高度增加而呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，形成所謂的摩擦層或行星邊界層。4.解析思路：雷暴的生命循環(huán)通常分為三個(gè)階段：發(fā)展階段（積云階段）、成熟階段和消散階段。各階段有明顯的特征：發(fā)展階段從積云產(chǎn)生，砧部開始發(fā)展；成熟階段云體發(fā)展至最高，砧部巨大，降水強(qiáng)烈，伴隨雷電大風(fēng)等；消散階段云體頂部下沉，降水減弱直至消失。答：典型雷暴生命循環(huán)包括：①發(fā)展階段（積云階段）：雷暴單體自地面生成，暖濕空氣強(qiáng)烈對(duì)流上升，云頂開始發(fā)展成砧狀；②成熟階段：云體發(fā)展到最高、最寬，垂直發(fā)展旺盛，降水開始，常伴有強(qiáng)烈的風(fēng)、雷、雹等天氣；③消散階段：上升氣流減弱或消失，云體頂部下沉，降水逐漸停止，雷暴單體消亡。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.解析思路：計(jì)算N2=(Γ_d-Γ_e)/H2，其中Γ_d=9.8K/km，Γ_e是環(huán)境位溫遞減率。由干絕熱遞度和溫度差可估算Γ_e(Γ_e≈(T2-T1)/H=(-20-20)/2=-20K/km)。注意位溫遞減率是負(fù)值。代入公式計(jì)算N2，判斷符號(hào)。N2>0穩(wěn)定，N2<0不穩(wěn)定，N2=0中性。答：計(jì)算環(huán)境溫度遞減率Γ_e≈(T2-T1)/H=(-20℃-20℃)/2km=-20K/km。計(jì)算Brunt-V?is?l?頻率平方N2=(Γ_d-Γ_e)/H2=(9.8K/km-(-20)K/km)/(2km)2=(9.8+20)/4=29.8/4=7.45K2/km2。由于N2>0，該層結(jié)為絕對(duì)穩(wěn)定。2.解析思路：總輻射=直接輻射+散射輻射。反照率α=(總輻射-吸收的輻射)/總輻射=(總輻射-(入射總輻射-直接輻射-散射輻射))/總輻射。吸收的輻射=入射總輻射-到達(dá)地面的總輻射。因此α=(入射總輻射-到達(dá)地面的總輻射)/入射總輻射。答：地表接收到的總太陽(yáng)輻射=800W/m2(直接輻射)+100W/m2(散射輻射)=900W/m2。反照率α=(總輻射-吸收的輻射)/總輻射=(900W/m2-(1361W/m2-900W/m2))/1361W/m2=(900-461)/1361=439/1361≈0.322。五、論述題（15分）解析思路：首先闡述地面加熱不均是地表能量不平衡的結(jié)果，導(dǎo)致地表溫度升高，空氣受熱膨脹上升，形成熱力不穩(wěn)定層結(jié)。其次，結(jié)合大氣動(dòng)力學(xué)解釋上升暖濕空氣的膨脹冷卻過程，以及水汽凝結(jié)釋放潛熱如何進(jìn)一步增強(qiáng)浮力，促進(jìn)對(duì)流發(fā)展。然后，從輻射角度分析，地面長(zhǎng)波輻射（逆輻射）向大氣返回，增加了大氣逆溫，有利于近地面層結(jié)不穩(wěn)定；同時(shí)，對(duì)流云頂?shù)母呖蛰椛洌ㄈ缂t外、微波）會(huì)向空間散失，影響大氣的輻射收支和能量傳遞。最后，總結(jié)輻射過程（吸收、散射、發(fā)射）和動(dòng)力過程（垂直運(yùn)動(dòng)、浮力）相互作用，共同驅(qū)動(dòng)和維持對(duì)流系統(tǒng)的組織和發(fā)展。答：地面加熱不均是太陽(yáng)輻射在地表的分布不均以及地表與大氣之間熱量交換不平衡的結(jié)果。例如，白天陸地比海洋增溫快，城市建筑比鄉(xiāng)村增溫快，都會(huì)導(dǎo)致近地面氣溫升高。受熱空氣密度減小而上升，形成低壓區(qū)，周圍較冷空氣流入補(bǔ)充，進(jìn)一步加劇近地面層的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上升暖濕空氣達(dá)到一定高度后，水汽凝結(jié)釋放潛熱，這進(jìn)一步增加了空氣的浮力，使得大氣層結(jié)更加不穩(wěn)定，有利于對(duì)流活動(dòng)的發(fā)展。這是大氣動(dòng)力學(xué)原理對(duì)對(duì)流驅(qū)動(dòng)的解釋。輻射過程在對(duì)流系統(tǒng)中扮演著重要角色。首先，地面受熱后會(huì)向大氣發(fā)射長(zhǎng)波輻射（逆輻射），這部分能量返回大氣，尤其增加了近地面層的溫度，有助于維持或加劇不穩(wěn)定。其次，發(fā)展中的對(duì)流云體會(huì)將水汽帶到高空，在高空凝結(jié)